本發(fā)明涉及含鎂鋁合金，尤其涉及一種用于可控氣氛釬焊的含鎂鋁基中間板、釬焊板和復合板及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、含鎂鋁合金釬焊性能較差，其難點主要在于含鎂鋁合金中的mg元素對氧的親和能力很強，釬焊加熱時會向表面擴散并發(fā)生氧化，形成難以去除的富mg氧化膜；而鋁合金釬焊時熔態(tài)釬料要與母材發(fā)生潤濕，必須要排除這層氧化膜。

2、可控氣氛釬焊技術(shù)是指在一定氣氛條件下實現(xiàn)釬焊的技術(shù)。通過調(diào)節(jié)氣氛中的氮氣和/或氬氣的流速與含量，使得釬焊過程的氣氛條件更加穩(wěn)定均勻，從而提高釬焊質(zhì)量。當釬焊氣氛為可控氣氛時，由于mg元素對氧的親和能力很強，釬焊加熱時會向表面擴散并發(fā)生氧化，形成大量難以去除的富mg氧化膜以及難熔產(chǎn)物，反而增大了釬焊難度。

3、更重要的是，mg元素會與氟系釬劑發(fā)生反應(yīng)。以常用鋁合金釬焊的釬劑kf-alf3為例，釬焊過程中kf-alf3釬劑與合金中的mg發(fā)生化學反應(yīng)，形成mgf2、kmgf3等高熔點產(chǎn)物，使釬劑的有效成分減少，導致釬劑部分或全部失效，釬焊含鎂鋁合金時性能惡化。研究表明，當含mg量大于0.3wt%以上，采用kf-alf3釬劑釬焊就發(fā)生困難。

4、因此，含mg鋁合金一般采用真空釬焊。但真空釬焊過程復雜，成本較高，抽真空的過程極大的限制了大批量流水線生產(chǎn)的能力。

5、當前也有采用增加阻擋層的方案，對含mg鋁合金進行可控氣氛釬焊，即在芯材層和皮層之間增設(shè)阻擋層，從而防止芯材層中的mg元素擴散至表面，但由于阻擋層需要設(shè)置的極厚，且不能含有mg元素，阻擋層的增加導致整體鋁合金中mg的總含量下降，在等同厚度的情況下，整體鋁合金的強度下降。

6、因此，需要開發(fā)一種能夠進行可控氣氛釬焊的強度較高的含mg鋁合金的工藝和產(chǎn)品。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于可控氣氛釬焊的含鎂鋁基中間板、釬焊板和復合板及其制備方法，能夠解決含mg鋁合金進行可控氣氛釬焊時采用阻擋層導致強度降低的難題。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種用于可控氣氛釬焊的含鎂鋁基中間板，所述含鎂鋁基中間板包括疊層設(shè)置的芯材層和釬焊復合層；所述釬焊復合層包括預埋釬劑層和填料層，所述預埋釬劑層靠近芯材層設(shè)置；且所述預埋釬劑層的厚度≥0.01mm；所述預埋釬劑層為含氟系釬劑顆粒的填料合金；所述預埋釬劑層中含氟系釬劑顆粒的添加量≤15wt%；所述芯材層為含鎂的鋁基合金，其中，所述芯材層的合金元素按照質(zhì)量百分含量包括：mg，0.3%~1.5%。

4、本發(fā)明限制中間產(chǎn)品中預埋釬劑層厚度至少要達到0.01mm，是因為退火過程需要形成至少5μm厚的隔斷層，才能約制釬焊過程中的mg的擴散空間；而退火后預埋釬劑層厚度的剩余厚度至少是形成的隔斷層厚度的1倍，才能確保后續(xù)有足夠的剩余預埋釬劑幫助釬焊的順利進行。

5、本發(fā)明中預埋釬劑層的厚度≥0.01mm，例如可以是0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm或0.15mm等。

6、具體地，所述預埋釬劑層中含氟系釬劑顆粒的添加量≤15wt%，例如可以是5wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%或15wt%等。

7、本發(fā)明中預埋釬劑層中含氟系釬劑顆粒的添加量的上限不能超過15wt%，釬劑含量高，存在后續(xù)機械加工成型困難（如熱軋，復合等）的問題。

8、具體地，所述芯材層的合金元素按照質(zhì)量百分含量包括：mg，0.3%~1.5%，例如可以是0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%或1.5%等。

9、本發(fā)明中芯材層中mg元素的含量優(yōu)選在上述范圍內(nèi)，一方面能夠保障含鎂鋁基復合板的強度，另一方面能夠更好地實現(xiàn)可控氣氛釬焊，當mg元素含量偏低時，整體含鎂鋁基復合板中的mg含量下降，導致整體的強度不足，當mg元素含量偏高時，塑性下降，成型性降低，耐蝕性惡化。mg元素含量的范圍選擇與獲得目標強度的關(guān)系為本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)調(diào)整。

10、優(yōu)選地，所述含氟系釬劑顆粒為無機材料。

11、優(yōu)選地，所述芯材層的合金元素按照質(zhì)量百分含量包括：cu，0.1%~10%；mn，0.1%~5%；zn，0.1%~2%。

12、其中，cu，0.1%~10%，例如可以是0.1%、1.2%、2.3%、3.4%、4.5%、5.6%、6.7%、7.8%、8.9%或10%等；mn，0.1%~5%，例如可以是0.1%、0.7%、1.2%、1.8%、2.3%、2.9%、3.4%、4%、4.5%或5%等；zn，0.1%~2%，例如可以是0.1%、0.4%、0.6%、0.8%、1%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%或2%等。

13、優(yōu)選地，所述釬焊復合層的厚度占含鎂鋁基中間板總厚度的比值≥5%，例如可以是5%、7%、10%、12%、15%、16%、17%、18%、19%或20%等。

14、限制所述釬焊復合層厚度占總厚度的最低占比為5%，是因為需要確保匹配充分的釬料能夠獲得飽滿的釬焊接口合格。

15、優(yōu)選地，所述芯材層的厚度與含鎂鋁基中間板總厚度的占比≥80%，例如可以是80%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%或90%等。

16、為達到高強符合鋁材性能要求，芯材厚度的最低占比≥總厚度的80%，當芯材厚度保障在80%以上時，后續(xù)mg元素的損失基本不影響目標強度的獲得。

17、優(yōu)選地，所述含鎂鋁基中間板的總厚度≥0.1mm，例如可以是0.1mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.23mm、0.25mm、0.28mm、0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm等。

18、優(yōu)選地，所述填料層的材質(zhì)為填料合金。

19、優(yōu)選地，所述填料合金為4系鋁硅合金。

20、優(yōu)選地，所述填料合金中按照質(zhì)量百分含量計，si含量為8~12wt%，例如可以是8wt%、8.5wt%、8.9wt%、9.4wt%、9.8wt%、10.3wt%、10.7wt%、11.2wt%、11.6wt%或12wt%等。

21、本發(fā)明還提供所述用于可控氣氛釬焊的含鎂鋁基中間板的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

22、（1）準備芯材層板坯、釬焊復合層，其中釬焊復合層包括預埋釬劑層和填料層，按照比例熱軋至目標厚度；

23、（2）將芯材層和釬焊復合層疊層設(shè)置，其中預埋釬劑層靠近芯材層設(shè)置，并進行熱軋復合，然后經(jīng)過冷軋，獲得所需厚度的含鎂鋁基中間板。

24、優(yōu)選地，所述熱軋的溫度為430~480℃，例如可以是430℃、436℃、442℃、447℃、453℃、458℃、464℃、469℃、475℃或480℃等。

25、優(yōu)選地，所述冷軋的壓下量≥50%，例如可以是50%、52%、53%、54%、58%、60%、62%、65%、68%、70%、72%或75%等。

26、優(yōu)選地，所述所需厚度的含鎂鋁基中間板的厚度為0.1~3.5mm，例如可以是0.1mm、0.5mm、0.8mm、1.1mm、1.4mm、1.8mm、2.1mm、2.4mm、2.7mm、3mm、3.2mm或3.5mm等。

27、第二方面，本發(fā)明提供一種含鎂鋁基釬焊板的制備方法，所述制備方法將第一方面所述的用于可控氣氛釬焊的含鎂鋁基中間板退火，得到含鎂鋁基釬焊板。

28、本發(fā)明對中間產(chǎn)品進行退火，在退火環(huán)境下芯材中的mg擴散至預埋釬劑層，并與該層中的氟系釬劑顆粒反應(yīng)形成一層隔斷層，所述隔斷層在退火和釬焊時能夠吸收自芯材層擴散來的mg元素，表現(xiàn)為隔斷層的持續(xù)生長，以此可以阻止mg元素擴散到表面。

29、調(diào)節(jié)退火溫度和時間的選擇應(yīng)以使得芯材層與預埋釬劑層之間形成目標范圍內(nèi)的隔斷層厚度，制得所述適于可控氣氛釬焊的含鎂高強復合鋁板。所述隔斷層目標厚度滿足5μm以上。

30、優(yōu)選地，所述退火的溫度為200~450℃，例如可以是200℃、237℃、284℃、300℃、317℃、334℃、367℃、384℃，422℃或450℃等，時間為0.25~4h，例如可以是0.25h、0.5h、0.8h、1.1h、1.4h、1.7h、2.2h、2.8h、3.4h或4h等。

31、本發(fā)明應(yīng)選擇適宜的退火工窗口獲得目標范圍內(nèi)的隔斷層厚度，不同的退火工藝下獲得的隔斷層厚度不同，隔斷層厚度影響最終釬焊質(zhì)量。溫度越高隔斷層越厚，時間越長隔斷層越厚，在不同的mg含量和預埋釬劑層中釬劑的含量、以及預埋釬劑層厚度的條件下應(yīng)匹配適宜的退火溫度和退火時間，以使得隔斷層的厚度在目標范圍，當退火后隔斷層的厚度滿足要求時，該材料釬焊t型實驗的焊縫長度至少達15mm。

32、第三方面，本發(fā)明提供一種含鎂鋁基釬焊板，所述含鎂鋁基釬焊板采用第二方面所述的含鎂鋁基釬焊板的制備方法制得。

33、優(yōu)選地，所述預埋釬劑層內(nèi)部靠近芯材層的一側(cè)具有隔斷層，所述隔斷層的組成中含有kmgf3。

34、優(yōu)選地，所述隔斷層的厚度≥5μm，例如可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm或14μm等，優(yōu)選厚度≥6μm，更優(yōu)選厚度≥9μm。

35、在退火預處理過程中，mg元素會與預埋釬劑層中的f/k發(fā)生反應(yīng)，生成一層sem面掃圖中明亮的反應(yīng)物層。含鎂鋁合金中的mg元素擴散性很強，且對氧具有高親和能力，釬焊加熱時會向表面擴散并發(fā)生氧化，形成難以去除的富mg氧化膜。在退火預處理過程中形成的這層反應(yīng)物層在釬焊過程中作用巨大，研究發(fā)現(xiàn)當這層反應(yīng)物層達到一定厚度時，可以約制釬焊過程中的mg的擴散空間。釬焊時，隨著溫度的上升，隔斷層緩慢增厚并吸收低mg區(qū)中的mg元素，阻止其向表面擴散，其構(gòu)成了阻擋mg向表面擴散的隔斷層。在隔斷層不斷長大的過程中，釬焊已經(jīng)完成，此時mg原子并未大面積擴散到皮材表面，沒有機會在皮材表面形成富mg氧化膜。

36、與此同時，預埋釬劑層與填料層相鄰的尚未與mg反應(yīng)的剩余釬劑開始發(fā)揮破膜的作用，助力皮材融化并完成釬焊，有效的提高含mg鋁基釬焊板的質(zhì)量與成功率，解決了含mg鋁基釬焊板無法進行可控氣氛釬焊的問題，且材料焊后強度最高可達192mpa，焊接質(zhì)量良好，焊縫飽滿，成功率高。

37、優(yōu)選地，所述隔斷層的厚度上限為預埋釬劑層的厚度的一半。

38、由于在退火過程中隔斷層是有芯材層合預埋釬劑層中的釬劑反應(yīng)而產(chǎn)生，并且在釬焊過程中，隔斷層的生長依然導致一定的釬劑被迫消耗；而釬焊過程也需要充分的釬劑量來破除氧化膜，保障釬焊效果。因此，為了控制隔斷層對釬劑的消耗在可控的范圍內(nèi)，需要限制隔斷層的厚度上限為預埋釬劑層的厚度的一半。

39、第四方面，本發(fā)明提供一種含鎂鋁基復合板的釬焊制備方法，所述釬焊制備方法采用第三方面所述的含鎂鋁基釬焊板進行釬焊，或，采用第二方面所述的含鎂鋁基釬焊板的制備方法制得的含鎂鋁基釬焊板進行釬焊。

40、優(yōu)選地，所述釬焊制備方法包括：將含鎂鋁基釬焊板與皮層疊層，所述釬焊復合層靠近皮層設(shè)置，并進行釬焊，形成所述含鎂鋁基復合板；

41、優(yōu)選地，所述釬焊的溫度為577~630℃，例如可以是577℃、583℃、589℃、595℃、601℃、607℃、613℃、619℃、625℃或630℃等，時間為1~30min，例如可以是1min、5min、8min、11min、14min、18min、21min、24min、27min或30min等。

42、由于在釬焊的過程中，芯材層中的mg會繼續(xù)向隔斷層擴散，隔斷層也不斷吸收芯材層中的mg，從而隔斷層的厚度逐漸增大，而mg元素的擴散與釬焊的溫度和時間相關(guān)聯(lián)，優(yōu)選釬焊的溫度在上述范圍內(nèi)，能夠保障在釬焊的過程中隔斷層不斷增長，但并不會過度生長至皮層，同時也具有更優(yōu)的釬焊效果。

43、優(yōu)選地，所述釬焊的過程中，隔斷層的厚度逐漸增大。

44、第五方面，本發(fā)明提供一種含鎂鋁基復合板，所述含鎂鋁基復合板采用第四方面所述的含鎂鋁基復合板的釬焊制備方法制得。

45、本發(fā)明第五方面提供的含鎂鋁基復合板不僅能夠采用可控氣氛釬焊進行，而且具有高強度的優(yōu)勢。

46、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

47、本發(fā)明提供的用于可控氣氛釬焊的含鎂鋁基中間板將預埋釬劑層的厚度、預埋釬劑層中含氟系釬劑顆粒的含量以及芯材層中mg含量相互關(guān)聯(lián)，結(jié)合退火工藝，在退火后形成的含鎂鋁基釬焊板內(nèi)形成隔斷層，該隔斷層能夠在可控氣氛釬焊過程中阻止mg元素擴散到皮層，模擬釬焊后的含鎂鋁基釬焊板樣品表面的mg含量小于10wt%，且t型實驗下測得的含鎂鋁基復合板焊縫長度高，焊縫長度在15mm以上，且抗拉強度在150mpa以上，強度高，應(yīng)用前景廣闊。